浅析桥梁工程中变形监测的实例应用设计
东华理工大学长江学院
毕 业 设 计（论文）
题 目： 浅析桥梁工程中变形监测的实例应用 英文题目: Examples Application in the Deformation
Monitoring of Bridge Engineering
东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 摘要
摘 要
桥梁工程作为民生工程，在交通中一直扮演着重要的角色。而桥梁工程的变形也就成为了人们十分关心的重点问题。桥梁工程变形监测就是针对它的柔性结构及动态特性进行的研究，为桥梁工程的“生命体征”提供诊断报告，使人们可以对症下药，避免重大安全事故的发生。
本文首先对桥梁工程变形监测的发展及意义作了简单的概述，并对桥梁工程变形监测中常用的几种方法作了简单的叙述。以位于江西省抚州市南丰县傩乡大桥的变形监测为例，采用地面测量方法采集数据并进行分析。针对傩乡大桥的建设中及竣工期间的变形进行监测，真实而形象的描述了变形监测在桥梁工程中的应用。
关键词：桥梁工程； 变形监测； 安全事故
I
东华理工大学长江学院毕业设计（论文） ABSTRACT
ABSTRACT
Bridge engineering as a livelihood project, in traffic plays an important role. Deformation of bridge engineering also become the focus of concern. Research on bridge engineering deformation monitoring is the flexible structure and its dynamic characteristics are, diagnosis report for Bridge Engineering \"signs of life\of major accidents.
Firstly, development and significance of bridge engineering deformation monitoring is summarized, and several methods of deformation monitoring of bridge engineering are briefly described. Through the study of deformation monitoring for Nanfeng County of Jiangxi province Fuzhou City Nuo Xiang Bridge and its data， using ground survey method of data collection and analysis.
II
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According to the deformation monitoring during the construction of Nanfeng County of Jiangxi province Fuzhou City Luo Xiang Bridge and the completion of the. The real and vivid description of the application of deformation monitoring in the bridge construction.
Key Words: Bridge Construction; Deformation Monitoring; Safety Misadventure
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目 录
1.1 桥梁变形监测发展历程及意义 .................................................................... 1 1.2 桥梁变形监测的主要方法和研究进展 ........................................................ 1 1.3 桥梁变形观测的主要内容 ............................................................................ 2 1.4 桥梁工程变形观测安排 ................................................................................ 2
1.4.2 塔柱变形观测 .................................................................................. 2 1.4.3 桥面挠度观测 .................................................................................. 3 1.4.4 桥面水平位移观测 .......................................................................... 3
2 桥梁变形监测 ................................................................................................................... 4
2.1 变形监测的原理 .............................................................................................. 4
2.1.1 统计分析法 ...................................................................................... 4 2.1.2 确定函数法 ...................................................................................... 4 2.2 桥梁变形的限制 .............................................................................................. 5
2.2.1 主梁挠度变形限值 .......................................................................... 5 2.2.2 墩台沉降变形限值 .......................................................................... 5 2.2.3桥梁变形的分类 ............................................................................... 6 2.3 桥梁静态变形监测 .......................................................................................... 6 2.4 系统布置 .......................................................................................................... 6
2.4.1桥墩沉陷与桥面线形观测点的布置 ............................................... 6 2.4.2塔柱摆动观测点布置 ....................................................................... 6 2.4.3水平位移监测基准点布置 ............................................................... 6 2.4.4垂直位移监测基准网布置 ............................................................... 7
3 桥梁工程变形监测具体实施方法与精度 ....................................................................... 8
3.1 GPS定位系统测量平面基准网 ....................................................................... 8 3.2精密水准测量建立高程基准网和沉陷观测 .................................................. 8 3.3全站仪坐标法观测横向水平位移................................................................... 8 3.4智能型全站仪(测量机器人）测定高塔柱的摆动 ........................................ 8 4 南丰傩乡大桥变形监测实例 ......................................................................................... 10
4.1工程概况 .......................................................................................................... 10 4.2监测内容和方法 .............................................................................................. 10
4.2.1索塔及基础 ..................................................................................... 10 4.2.2桥面线形及挠度 ............................................................................. 11 4.2.3主梁及主塔应力 ............................................................................. 13
1 绪 论 ............................................................................................................................... 1
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4.3精度分析 .......................................................................................................... 13
4.3.1全站仪测量的精度分析 ................................................................. 13 4.3.2沉降变形观测的精度分析 ............................................................. 14 4.4部分观测结果及其分析 .................................................................................. 15
4.4.1南丰傩乡大桥索塔变位 ................................................................. 15 4.4.2南丰傩乡大桥桥面线形（挠度） ................................................. 16
结 论 ............................................................. 18 致 谢 ................................................................................................................................. 19 参考文献 ............................................................................................................................. 20
4.2.4斜拉索索力 ..................................................................................... 13
东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 绪论
1 绪 论
1.1 桥梁变形监测发展历程及意义
大型桥梁，如斜拉桥、悬索桥自20世纪90年代初期以来在我国如雨后春笋般的发展。这种桥梁的结构特点是跨度大、塔柱高，主跨段具有柔性特性。在这类桥梁的施工测量中，人们已针对动态施工测量作了很多研究并取得了大量经验。在竣工通车运营期间，针对它们的柔性结构与动态特性如何进行监测也是人们十分关心的一大问题。尽管目前有些桥梁已经建立了解结构内部物理量的变化的“桥梁健康系统”，它对于分析桥梁结构内力的变化、分析变形原因有着十分重要的作用。然而，要真正达到桥梁安全监测的目的，了解桥梁的变化情况，还必须及时测定它们几何量的变化及大小。因此，在建立“桥梁健康系统”的同时，研究采用大地测量原理和各种专用的工程测量仪器和方法建立大跨度桥梁的监测系统也是必要有效的[1]。
1.2 桥梁变形监测的主要方法和研究进展
变形观测方法一般分为4类，如表1-1所示。
表1-1 变形监测方法
地面测量空间测量摄影测量 专门测量方法 测量 测量 度测量 距离测量
地面测量方法精度高，应用灵活，适用于各种不同的变形体和不同的监测环
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技术 定位 雷达干涉
扫描
手段 准直测量
几何水准空间卫星摄影测量
三角高程合成孔径地面激光倾斜仪监
测 应变测量
方向和角
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境，但野外工作量相对较大，目前也采用遥测系统。空间测量技术可提供大范围的变形信息，但观测环境影响大。用InSAR做地面变形监测，存在地面植被覆盖对精度影响大。摄影测量外业工作量小，可以提供变形体表面上任意点的变形，但精度较低。近年来发展起来的地面激光扫描有类似于摄影测量的优点，精度也可以达到几个毫米，在变形观测方面的应用也刚刚开始。专门测量手段容易实现连续、自动监测以及遥测遥控，而且相对精度较高，但它们提供的是局部变形信息。
桥梁工程变形监测方案，一般采取地面测量方法和专门测量手段结合实施。这样可以避免野外工作量大及专业手段的局限性。最大限度的完成对于桥梁工程的变形监测，除了用上述手段和方法采集几何变形量外，也同时测量温度、应力、风速、风压和风振等物理参数。
1.3 桥梁变形观测的主要内容
根据我国最新颁发的“公路技术养护规范”中的有关规定和要求，以及大跨度桥梁塔柱高、跨度大和主跨梁段为柔性梁的特点，桥梁工程变形监测的主要内容包括：
1） 桥梁墩台沉陷观测、主梁横向水平位移观测、桥面线形与挠度观测、高塔柱摆动观测；
2） 为了进行上述各项的测量，还必须建立相应的水平位移基准网与沉陷基准网观测。
1.4 桥梁工程变形观测安排
桥梁变形按其类型可分为静态变形和动态变形，静态变形是指变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值，它是时间的函数。动态变形是指在外力影响下而产生的变形，它是表示桥梁在某时刻的瞬时变形，是以外力为函数来表示的相对于时间的变化。桥梁墩台的变形一般来说是静态变形，而桥梁结构的挠度变形则是动态变形[2]。
1.4.1 桥梁墩台变形观测
桥梁墩台的变形观测主要包括两方面：
（1）墩台的垂直位移观测。主要包括墩台特征位置的垂直位移和沿桥轴线方向（或垂直桥轴线方向）的倾斜观测。
（2）墩台的水平位移观测。其中各墩台在上、下游的水平位移观测称为横向位移观测；各墩台沿桥轴线方向的水平位移观测称为纵向位移观测。两者中，以
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横向位移观测更为重要。
1.4.2 塔柱变形观测
塔柱在外界荷载的作用下会发生变形，及时而准确地观测塔柱的变形对分析塔柱的受力状态和评判桥梁的工作性态有十分重要的作用。塔柱变形观测主要包括：
（1）塔柱顶部水平位移监测 （2）塔柱整体倾斜观测 （3）塔柱周日变形观测 （4）塔柱体挠度观测 （5）塔柱体伸缩量观测
1.4.3 桥面挠度观测
桥面挠度是指桥面沿轴线的垂直位移情况。桥面在外界荷载的作用下将发生变形，使桥梁的实际线形与设计线形产生差异，从而影响桥梁的内部应力状态。过大的桥面线形变化不但影响行车的安全，而且对桥梁的使用寿命有直接的影响。
1.4.4 桥面水平位移观测
桥面水平位移主要是指垂直于桥轴线方向的水平位移。桥梁水平位移主要由基础的位移、倾斜以及外界荷载（风、日照、车辆等）等引起，对于大跨径的斜拉索桥和悬索桥，风荷载可使桥面产生大幅度的摆动，这对桥梁的安全运营十分不利。
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2 桥梁变形监测
2.1 变形监测的原理
人类认识世界的过程总是“实践，认识，再实践，再认识”直至掌握客观世界的变化规律，从而更好地应用这些变化规律为人类服务。“凡事预则立，不预则废”和“人无远虑，必有近忧”等成语都说明预测的重要性。从大量的客观事物观察中，可以归纳出许多规律现象，如对称性和周期性等，它们是对物体预测的基础。变形预测通常是在数据序列里面找出信息来。一个预测模型的建立要尽可能符合实际体系，这个原则称为拟合原则，符合程度可以有多种标准，如最小二乘法，最大似然法，最小绝对偏差等等。面对地震、滑坡以及地面沉降等地质灾害，人们认识到变形监测只是手段，而科学预报才是目的。
引起变形体变形的原因很多，且变形过程很复杂。变形监测常用两种方法来确定变形体的变形和变形原因之间的关系。
2.1.1 统计分析法
变形体在荷载的作用下发生变形，如果只测量了变形的结果，那么只能进行定性的物理解释。一般来讲，对变形观测的结果要先进行几何分析，目的是把变形的几何信息从含有误差的观测值中分离出来，然后再作定性解释。要进行定量的物理解释，必须同时测量产生变形的各种荷载以及变形结果。用回归分析方法建立它们之间的函数关系（是相关关系非确定关系，是处理变量之间相关关系的一种数理统计方法），可预报变形。当预报的变形值和实际观测的结果相差较小时，一方面说明所建立的函数关系是正确的，另一方面也说明了变形体的变形规律和过去一样。这是因为在建立荷载-变形之间的函数关系时，所用到的是过去观测的数据，所建立的模型反映了变形体过去的变形规律。如果差值较大，就需要寻找原因，修改模型。
2.1.2 确定函数法
利用变形体的力学性质和物理性质，通过应力与应变关系建立荷载与变形
的函数模型，然后利用确定函数模型，预报在荷载作用下可能的变形。但由于组成变形体的岩石介质不均匀、非连续，使得变形体不可能是完全的弹性体。所以，在应用确定函数法中，可能存在一系列的误差；另一方面，变形体的变形是复杂多变的，有时很难用确定性的理论公式表达，这在某种程度上限制了确定函数法
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的广泛应用。
2.2 桥梁变形的限制
2.2.1 主梁挠度变形限值
对于桥梁的竖向挠度，《规范》规定：由于汽车荷载（不计冲击力）所引起的竖向挠度不应超过表2-1所列允许值。当车辆荷载在一个桥垮范围内移动，因而产生正负两个方向的挠度时，计算挠度应为正负挠度的最大绝对值之和。
表2-1 桥梁允许挠度值
桥梁结构形式 允许挠度值 桥梁结构形式 允许挠度值
L/800 L1/600
简支或连续桁架 简支或连续板桥
梁的悬臂端
L/600
悬索桥
L/600
注：L为桥梁的计算跨径；L1为梁桥悬臂端长度。
对于拱桥，《规范》规定：汽车荷载（不计冲击力）计算的拱桥上部结构在一个桥垮范围内正负挠度的最大值之和不大于L/1000，用挂车或履带车验算时，上述挠度可增加20%。
斜拉索桥的竖向挠度是指主梁在汽车荷载（不计冲击力）的最大竖向挠度。应为混凝土主梁时不应大于L/500，当为钢主梁时不应大于L/400（L为中跨跨径）。用平板挂车或履带车验算时，上述限值可增加20%，如车辆荷载在一个桥垮范围内移动产生正负不同挠度时，计算挠度应为正负挠度的最大绝对值之和。悬索桥的侧向挠度是指悬索桥应验算风力作用下的侧向挠度，其在行车系的纵向平面内的允许挠度规定为跨径的1/1000。
2.2.2 墩台沉降变形限值
《规范》规定桥梁的墩台沉降不宜超过下列限值：
（1）墩台均匀总沉降值（不包括施工中的沉降）2.0l cm；
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（2）相邻墩台均匀总沉降值（不包括施工中的沉降）1.0l cm； （3）墩台顶面水平位移值0.5lcm；
其中L为相邻墩台间最小跨径长度，以米计。大跨度桥梁在行车荷载、风力、阵雨和温度等外界因素，以及混凝土收缩徐变、钢筋松弛锈蚀、墩台基础沉降等内在因素的影响下，将产生几何位置变化、内力变化、应力变化和索力变化等各种效应，同时也会发生混凝土老化、碳化、钢筋锈蚀和斜拉索锈蚀等现象。几何位置变化（即结构的变形）在反映桥梁状况变化方面是一个较综合的量，也是一个便于监测的直观量。因此，通过监测桥梁结构的变形来掌握大桥的健康状况，是确保大桥安全运营的重要手段。
2.2.3桥梁变形的分类
桥梁结构在荷载和环境因素作用下所产生的变形可以分成两类：一类变形
反映结构的整体工作状况，如挠度、转角、支座位移等，称为整体变形。桥梁逐渐老化，表现最为明显的是桥梁挠度变化，整体变形的能力能够概况结构整体工作的全貌。因此，在一切观测项目中，各种整体变形往往是最基本的；另一类变形能反映结构的局部工作状况，如纤维变形、裂缝、钢筋的滑动等，这称为局部变形。最能表现老化（或缺陷）的特征是裂缝，裂缝的部位、方向提示了桥梁老化（或缺陷）的部位和性质。
2.3 桥梁静态变形监测
桥梁静态变形监测包括桥梁下部结构监测、桥梁上部结构（主梁）监测、
环境参数变化监测。桥梁下部结构监测主要包括桥墩、桥台、桥塔和桩基础，这都是桥梁结构的重要组成部分。上部主梁（或者拱桥的主拱助）是直接承受交通荷载承重构件。主梁的内力、变形量会随着活荷载的分布及其大小的不断变化产生相应的变化，使主梁产生竖直及水平方向的挠度变形。环境参数变化监测主要是桥址处温度参数变化对大桥影响的监测，其中包括：桥梁结构在太阳照射下，混凝土阴阳面最大温差可在20℃以上，日夜最大温差可达25℃以上等。
2.4 系统布置
2.4.1桥墩沉陷与桥面线形观测点的布置
桥墩(台）沉陷观测点一般布置在与墩(台）顶面对应的桥面上；桥面线形
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 桥梁变形监测
与挠度观测点布置在主梁上。对于大跨度的斜拉段，线形观测点还与斜拉索锚固着力点位置对应；桥面水平位移观测点与桥轴线一侧的桥面沉陷和线形观测点共点。
2.4.2塔柱摆动观测点布置
塔柱摆动观测点布置在主塔上塔柱的顶部、上横梁顶面以上约1.5ｍ的上
塔柱侧壁上，每柱设2点。
2.4.3水平位移监测基准点布置
水平位移观测基准网应结合桥梁两岸地形地质条件和其他建筑物分布、水
平位移观测点的布置与观测方法，以及基准网的观测方法等因素确定，一般分两级布设，基准网布设在岸上稳定的地方并埋设深埋钻孔桩标志；在桥面用桥墩水平位移观测点作为工作基点，用它们测定桥面观测点的水平位移。
2.4.4垂直位移监测基准网布置
为了便于观测和使用方便，一般将岸上的平面基准网点纳入垂直位移基准
网中，同时还应在较稳定的地方增加深埋水准点作为水准基点，它们是大桥垂直位移监测的基准；为统一两岸的高程系统，在两岸的基准点之间应布置了一条过江水准线路。
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 桥梁工程变形监测具体实施方法与精度
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3 桥梁工程变形监测具体实施方法与精度
3.1 GPS定位系统测量平面基准网
为了满足变形观测的技术要求，考虑到基准网边长相差悬殊，对基准网边长相对精度应达到不低于1/120000和边长误差小于±5mm的双控精度指标；由于工作基点多位于大桥桥面，它们与基准点之间难以全部通视，可采用GPS定位系统施测。为了在观测期间不中断交通，且避开车辆通行引起仪器的抖动和干扰GPS接收机的信号接收，对设置在桥面工作基点的观测时段应安排在夜间作业，尽可能使其符合静态作业条件以提高观测精度。
3.2精密水准测量建立高程基准网和沉陷观测
高程基准网与桥面沉陷观测均按照“国家一、二等水准测量规范”的二等技术规定要求实施。并将垂直位移基准网点、桥面沉陷点、过江水准线路之间构组成多个环线。高程基准网的观测采用精密水准仪；高程基准网中的过江水准测量，可采用三角高程测量方法，用2台精密全站仪同时对向观测。
3.3全站仪坐标法观测横向水平位移
众所周知，直线型建筑物的水平位移常采用基准线法观测，它的实质测定垂直于基准线方向的偏离值。为充分发挥现代全站仪的优点，桥面水平位移观测可采用类似基准线法原理的坐标法，以直接测定观测点的横坐标。武汉长江二桥采用该法观测横向水平位移，根据对全桥136个观测点的结果进行了统计分析，在未顾及视线长度不等对Ｙ坐标的精度影响的条件下，求得Ｙ坐标的精度为±0.48mm，远高于桥梁监测技术中的精度要求(±3mm）。
3.4智能型全站仪(测量机器人）测定高塔柱的摆动
塔柱摆动可观测采用当代最先进的智能型全站仪TCA2003，其标称精度为0.5″，±(1mm+1×10-6D）。它可以实现自动寻找和精确照准目标，自动测定测站点至目标点的距离、水平方向值和天顶距，计算出3维坐标并记录在内置模块或计算机内。由于它不需要人工照准、读数、计算，有利于消除人差的影响、减少记录计算出错的几率，特别是在夜间也不需要给标志照明。该仪器每次观测记录一个目标点不超过7ｓ，每点观测4测回也仅30ｓ。一周期观测10个点以内一般不会超过5 min，其观测速度之快是人工无法比拟的。
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 桥梁工程变形监测具体实施方法与精度
武汉长江二桥采用该法测定高塔柱的摆动，为了评定该法的精度，利用车流量很少的夜间观测成果进行了统计分析。仿照桥面水平位移观测的统计分析方法，对视线长度为800ｍ的观测点，根据夜间6周期的观测资料进行了统计分析计算，求得mx=0.034mm、my=0.61mm，它表明该法具有较高的精度，可以满足塔柱动态观测的精度要求。
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实例
4 南丰傩乡大桥变形监测实例
4.1工程概况
南丰傩乡大桥是抚州市重点建设项目，位于江西省抚州市南丰县盱江流经南丰县城的河段上，桥长307.4M，单跨30M，结构形成为5×30M＋5×30M先简支后连续预应力钢筋混凝土箱梁斜拉桥，下部采用柱式桥墩，肋式桥台，基础采用钻孔桩，桥面铺装为钢筋混凝土。为了建立南丰傩乡大桥全线结构物的竣工线型和位置基准，并对重要路段、桥墩进行位移监测，为今后大桥维修、验收等工作做准备起始数据，需要对南丰傩乡大桥进行变形监测。
4.2监测内容和方法
4.2.1索塔及基础
对索塔主要监测塔基础位移（三维）和塔顶水平变化（二维）。对于南丰傩乡大桥，塔基础位移监测点布置在约7m高程面的塔柱上，塔顶水平变化监测点布置在塔顶柱体上，上、下游塔柱和塔柱南北侧各布置一测点，如图4-1所示。南北塔共计布置17个监测点，其中北塔为9个点；对于南丰傩乡大桥，基础位移监测点设在盱江中1#、2#、3#、4#四个桥墩的墩柱上，每个桥墩的上、下游墩柱各布一个点，共计8个点 ，点位也设在约7m高程面上，如图4-1所示。
索塔及基础变位情况为每三个月观测一期。测量使用德国莱卡高精度TS02全站仪，以三维前方交会法进行角度观测四测回，观测方法如图4-1所示。傩乡大桥以竣工时恢复的首级控制网为基准，经平差计算获得三维坐标，为便于塔柱变位方向分析，平差计算采用桥轴坐标系。
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实例
梁下监测点标志长江监测点标志塔顶监测点 2 1北塔 南塔
4 水面3 # # 图4-1 南丰傩乡大桥索塔变位监测4.2.2桥面线形及挠度
桥面线形包括桥面标高及桥中线，在南丰傩乡大桥主桥施工期间，南丰傩乡大桥的轴线和标高均控制在±5mm范围内，桥面上按一定的间距设有监测点。桥面铺装完毕后，观测点全部遭埋没。因此，必须重新建立桥面线型监测点，并做周期性的监测。
由于南丰傩乡大桥桥轴线均是桥轴坐标系的X轴，且当时施工中的施工控制精度均较高，此外，南丰傩乡大桥首级控制网已得到了全面恢复，因此，可以认
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实例
为南丰傩乡大桥的桥轴线仍是桥轴坐标的X轴。今后维修等工作若需检测桥轴线，仅需通过首级控制网的控制点即可进行检查，桥轴线监测点可不考虑恢复，仅需重新建立标高（挠度）监测点。
新建的桥面标高监测点沿全桥布设，每隔40米设一个点，主桥（钢箱梁）段点位布在桥梁中央分隔带护拦上，利用防护拦的铆钉头作为观测标志，共设28个点；引桥为上、下游结构，因此，每隔40米上、下游各设一个点，点位设在大桥防撞护拦一侧路边上，采用围棋子做测量标点，用强力胶将其粘贴在路面上，四周用红色油漆标注。南引桥共布42个点，北引桥共布46个点。测点布设位置示意图见图4-2和图4-3。
桥面标高为每三个月观测一期。观测采用精密几何水准测量方法，以二等水准精度和要求进行。水准基点设在两岸桥下墩台上。
八卦洲 北塔 水面 南塔 南引桥段南引线 北引桥段 钢箱梁段 注：间隔点每隔表示监测点 一个长江 图4-2南丰傩乡大桥桥面挠度监测点位置示意图16
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北引线
八卦洲 图4-3 傩乡大桥桥面挠度监测点位置示意图 4.2.3主梁及主塔应力
对桥梁施工时施工监控时设置的应力观测断面的观测点继续进行应力观测，研究主梁及主塔的应力变化[3]。
4.2.4斜拉索索力
对全桥244根斜拉索用频率法测量斜拉索索力变化情况。以上观测项目在交工验收后第1年内每半年观测1次，以后每年观测1次。若出现地震、风暴等特殊荷载或结构出现异常情况，需增加观测次数。
4.3精度分析
4.3.1全站仪测量的精度分析
全站仪测量空间点三维坐标中误差为：
M2XPM2XNMcosVcosA2S222S2MVsin2Vcos2A22S2MAcos2Vcos2A216
东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实例
（4-1）
M2YPM2YNMcosVsinA2S222S2MVsin2Vsin2A22S2MAcos2Vcos2A2
（4-2）
M2HPM2HNMsinV2S22S2MVcos2V2S422MMir24R2MK
（4-3）
式中符号及意义说明如下：
（1）Ｖ代表竖直角观测值，Ａ为坐标方位角，Ｓ为斜距观测值，Ｒ为地球半径，ρ=206265″；
（2）MXP，MYP和MHP分别为观测点ｐ的三维坐标中误差；
（3） MXN，MYN和MHN分别为测站三维坐标中误差的平面分量和高程分量，包括控制点本身点位中误差和架设仪器误差。由于每次观测时都采用同一测站和后视方向，因此，控制点本身误差不影响观测点精度，同时在固定观测墩上使用强制对中器，仪器对中误差可控制在0.1mm之内，故该项误差可忽略不计；
（4）MS为测距中误差，由仪器标称精度确定： MS=a+b·S (ａ为固定误差，ｂ为比例误差系数）；
（5）MV和MA分别为竖直角和坐标方位角中误差，因全站仪具有竖轴补偿器，故， ）MV=MA =Mβ (Mβ为水平角观测中误差， 称精度）没；
（6）ＭＫ为大气折光系数代表性误差，一般取MK =0.05；
（7）Mi为棱镜对点中误差，Mr为棱镜高量测中误差，因监测点棱镜用强制对中器固定在桥塔顶部，此两项误差可忽略不计，故Mi=Mr=0。
将上式中平面误差部分合并得：
222MX,YMScosV2S2MM2u，μ为仪器标
2
（4-4）
M2HMsinV2S22S2MVcos2V2S424R2MK （4-5）
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当取距离最大为500ｍ，竖直角最大为20°，采用测距标称精度为±(1+1×10-6·Ｓ）mm，测角标称精度为±1″，补偿器精度为±0.3″的全站仪观测一测回，代入上式计算，可以得出：MXY=±3.71mm，MH =±3.83mm。在实际工程中，全站仪实际观测精度一般要比标称精度低，若假定实际测角精度为±2″，测距精度为±(2+2×10-6·Ｓ）mm，补偿器精度为±0.3″，观测一测回，代入上式计算，可以得出： MXY =±7.41mm， MH =±6.82mm，若观测二测回，则： MXY =±5.24mm， MH =±5.03mm。可见，增加观测测回数或缩短观测距离，可以提高精度。
4.3.2沉降变形观测的精度分析
假设
jMHi，
jMHi1和
kMHi，
kMHi1分别为ｊ点和ｋ点在第ｉ和ｉ-1周期观测所
得的高程中误差，则ｊ点和ｋ点的沉降量中误差分别为：
j2j2(MjH)2(MH)(M)Hii1 （4-6）
K2k2k2(MH)(MHi)(MH)i1 （4-7）
于是ｊ点和ｋ点不均匀沉降量的中误差为：
j2j2K2K2(MHjK)2(MH)(M)(M)(M)HHHii1ii1 （4-8）
由于每周期观测时，均采用同一观测方案，由同一台仪器和同一组人员，在外界环境大致相同的条件下进行观测，故假设：
jjKKMHMMMMHHHHii1ii1 （4-9）
则有：
2(MHjK)24MH
MHjK2MH
南丰傩乡大桥塔基础承台上的监测点距最远基准点不超过600ｍ，精密水准测量每测站水准路线长一般不超过60ｍ，则由基准点到监测点的测站数为ｎ
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=600/60=10，所以：
MHM站n
式中Ｍ站为每一测站精密水准所测高差的中误差。
采用每公里观测高差中误差为±0.3mm的精密水准仪进行观测，则： Ｍ站=±0.30mm×0.06=±0.018mm， 于是每一监测点沉降量的中误差为：
MHij2MH210(0.018mm)0.11mm
故采用每公里观测高差中误差为±0.3mm的精密水准仪进行观测，符合《国家一、二等水准测量规范》对仪器的要求，足以把大于±1.0mm的不均匀沉降量反映出来。
4.4部分观测结果及其分析
4.4.1南丰傩乡大桥索塔变位
观测结果列于表4-1，从9期的坐标变化量来看，塔顶变位较大，在2012年6月的测量中出现过最大变化量值：X方向（南北向）为+68.0mm（向南），Y方向（东西向）为＋63.7mm（向下游）。这是索塔柱受日照、风力作用所至，属正常现象。
对塔基础9期监测的坐标（X、Y、Z）变化量均在±10.0mm以内变动，但也偶而出现较大的最大变化量，其量值X方向为－11.0mm（向北），Y方向（东西向）为＋21.2mm（向上游），H方向（垂直向）为＋18.0mm（向下），该变化量主要由测量误差引起，并非是塔基础发生了位移。因为，在对桥墩所采用的前方交会测量方法虽是变形监测中常规和有效的方法，对塔柱观测所使用的仪器也是目前世界最高精度的测量仪器，但由于所监测的点均在江中，人无法直接到达，另外还存在许多不利因素，如交会角较小、交会距离长、大气折光和水汽蒸发等等，这些因素均大大降低了测量精度。以“北塔南向下游梁下”点为例，监测点离岸上两控制点距离分别为1014m和1011m，交会角为16°，根据误差理论分析可知，仅观测误差就达±12.2mm，若考虑大气折光等其他因素，测量误差还将更大些。因此，可以认为南北索塔基础未出现明显变位。从对索塔下横梁上门洞内水准点（钢箱梁吊装前建立的）联测结果，其差值较小，也可以认为索塔基础未出现沉降位移。
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4.4.2南丰傩乡大桥桥面线形（挠度）
表4-2为南丰傩乡大桥的主桥段（钢箱梁段）测点高程的各期观测值。从8期结果比较可以看出，主桥段标高变化在-23.4~+15.2mm之间。综合8期的观测结果可以看出，桥梁线形（标高）明显有季节性的变化规律，随着环境温度的变化而升降，这种变化量值在钢箱梁段尤为明显，最大处近3cm。将各期观测结果用Excel图形显示从桥面线形变化曲线可以看出，南丰傩乡大桥桥面未产生挠曲变化。
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表4-1 南丰傩乡大桥索塔变位监测数据
坐 标 观 测 值 （m） 第 一 点号 位 置 符号 期 （2011．3） N S 南塔南向 上上 上游塔顶 N S 南塔南向 下上 下游塔顶 N S 南塔南向 上下 上游梁下 X Y X Y X Y H N S 南塔南向 下下 下游梁下 N N 南塔北向 上上 上游塔顶 N N 南塔北向 下上 下游塔顶 N N 南塔北向 上下 上游梁下 X Y H X Y X Y X Y H N N 南塔北向 下下 下游梁下 B S 北塔南向 上上 上游塔顶 B S 北塔南向 下上 下游塔顶 B S 北塔南向 上下 上游梁下 X Y H X Y X Y X Y H B S 北塔南向 下下 下游梁下 B N 北塔北向 上上 上游塔顶 B N 北塔北向 X Y H X Y X 第 二 期 （2011．6） 第 三 期 第 四 期 （2011．（2011．19） 2） 第 七 期 第 八 期 （2012．（2012．19） 2） 本期 累计 增量 增量 第 九 期 （mm（m（2013．3） ） m） 28.6 33.6 26.0 13.3 4.2 12.0 0.4 8.5 21.2 -18.2 -23.3 19.8 -53.3 39.7 -7.4 10.5 -0.1 -10.6 7.5 6.1 -12.1 50.8 3.4 51.9 2.9 4.5 0.6 -0.6 2.2 1.4 -7.1 60.2 第 五 期 第 六 期 （2012．3） （2012．6） 7465.6147465.5710 7465.5717465.5710 7465.6529 7465.5495 7465.5911 7465.6220 7465.5858 36.3 2997.1502997.1302 2997.1302997.1302 2997.1207 2997.1122 2997.1210 2997.1209 2997.1165 4.3 7465.6147465.6473 7465.6477465.6473 7465.6473 7465.5465 7465.6137 7465.6305 7465.5885 42.0 3003.0133003.0043 3003.0043003.0043 3003.0043 3002.9971 3003.0019 3003.0031 3003.0001 7464.8627464.8659 7464.8607464.8614 7464.8620 7464.8562 7464.8599 7464.8609 7464.8586 2986.8422986.8348 2986.8382986.8345 2986.8316 2986.8295 2986.8319 2986.8317 2986.8306 13.9965 13.9901 13.9914 13.9905 13.9905 14.0001 13.9937 13.9921 13.9961 3.0 2.4 1.1 -4.0 4.6 0.1 -6.7 7464.8697464.8731 7464.8667464.8688 7464.8673 7464.8566 7464.8642 7464.8658 7464.8612 3013.1833013.1790 3013.1773013.1645 3013.1616 3013.1620 3013.1627 3013.1622 3013.1621 14.1336 7473.12014.1375 14.1344 14.1336 14.1351 14.1482 14.1556 14.1454 14.1518 7473.1119 7473.1407473.1759 7473.1580 7473.1309 7473.1549 7473.1565 7473.1437 12.8 3.8 8.2 8.0 -0.3 0.6 -0.1 0.1 0.2 -0.3 8.9 2.1 2996.9872996.9948 2996.9992996.9889 2996.9695 2996.9643 2996.9742 2996.9719 2996.9681 7473.1127473.1064 7473.1437473.1690 7473.1798 7473.1579 7473.1689 7473.1744 7473.1661 3002.8033002.8069 3002.8183002.8101 3002.7667 3002.7561 3002.7776 3002.7722 3002.7641 7474.4367474.4421 7474.4417474.4403 7474.4438 7474.4438 7474.4426 7474.4432 7474.4435 2986.9322986.9391 2986.9392986.9295 2986.9217 2986.9217 2986.9243 2986.9230 2986.9224 13.9304 13.9215 13.9281 13.9292 13.9306 13.9306 13.9301 13.9304 13.9305 7474.4297474.4342 7474.4347474.4406 7474.4396 7474.4396 7474.4399 7474.4398 7474.4397 3013.1183013.1260 3013.12614.0561 14.0530 14.0530 3013.1126 3013.1103 3013.1103 3013.1111 3013.1107 3013.1105 14.0469 14.0503 14.0503 14.0492 14.0497 14.0500 8094.1408094.1524 8094.1698094.1693 8094.1643 8094.1440 8094.1592 8094.1618 8094.1529 2996.5472996.5300 2996.5112996.5111 2996.4964 2996.4943 2996.5006 2996.4985 2996.4964 8094.0988094.1508 8094.1538094.1712 8094.1396 8094.0593 8094.1234 8094.1315 8094.0954 36.1 3003.2773003.2597 3003.2413003.2499 3003.2250 3003.2224 3003.2324 3003.2287 3003.2256 8092.8718092.8620 8092.8648092.8722 8092.8723 8092.8661 8092.8702 8092.8713 8092.8687 2986.7812986.7761 2986.7772986.7782 2986.7812 2986.7745 2986.7780 2986.7796 2986.7770 13.8503 13.8582 13.8553 13.8592 13.8573 13.8440 13.8535 13.8554 13.8497 3.2 2.6 2.5 5.7 3.3 -0.2 1.6 8092.8938092.8819 8092.8908092.8914 8092.9004 8092.8907 8092.8942 8092.8973 8092.8940 3013.2133013.2050 3013.2073013.2052 3013.2128 3013.2117 3013.2099 3013.2114 3013.2115 13.9992 14.0124 14.0000 14.0020 13.9996 13.9962 13.9993 13.9994 13.9978 8101.6728101.6848 8101.6698101.6135 8101.6230 8101.7206 8101.6524 8101.6377 8101.6791 -41.5 2996.6582996.6391 2996.6252996.6232 2996.5985 2996.5950 2996.6056 2996.6020 2996.5985 3.5 8101.6718101.6710 8101.6888101.6882 8101.6200 8101.7183 8101.6755 8101.6478 8101.6830 -35.3 -12.0 16
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下上 下游塔顶 B N 北塔北向 上下 上游梁下 Y X Y H B N 北塔北向 下下 下游梁下 X Y H B N 北塔北向 中 梁下中间 X Y H 3003.3133003.3131 3003.2993003.2996 3003.2873 3003.2873 3003.2914 3003.2894 3003.2883 1.0 -6.4 1.0 0.7 24.8 -2.1 11.0 1.2 8101.3298101.3289 8101.3268101.3251 8101.3218 8101.3377 8101.3282 8101.3250 8101.3314 2998.3242998.3192 2998.3242998.3172 2998.3147 2998.3127 2998.3149 2998.3148 2998.3137 33.9654 33.9686 33.9797 33.9649 33.9651 33.9635 33.9645 33.9648 33.9642 说明： （1） 平面坐标采用桥轴坐标系，高程采用黄海高程；
（2） X方向平面位移：“＋”表示向南岸位移，“－” 表示向北岸位移；
（3） Y方向平面位移：“＋”表示向上游位移，“－” 表示向下游位移；
（4） H方向垂直位移：“＋”表示下沉，“－” 表示上升。
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表4-2 南丰傩乡大桥主桥路面标高监测
数据
点 号
第一期 2011.6
第二期 2011.9
第三期 2011.12
第四期 2012.3
第五期 2012.6
第六期 2012.9
第七期 2012.12
第八期 2013.3
本期 沉降量 累积 沉降量 Z01 Z02 Z03 Z04 Z05 Z06 Z07 NTX Z08 Z09 Z10 Z11 Z12 Z13 Z14 Z15 Z16 Z17 Z18 Z19 Z20 Z21 BTS Z22 Z23 Z24 Z25 Z26 Z27 Z28
31.3713 32.4650 33.7442 35.0785 36.4264 37.7860 39.1942 39.0178 40.5224 41.6762 42.6646 43.3692 43.9092 44.2249 44.2976 44.3079 44.2221 43.8604 43.2704 42.4894 41.4880 40.2961 38.9830 38.9152 37.5152 36.1582 34.8284 33.4962 32.2591 31.4242
31.3721 32.4672 33.7417 35.0749 36.4226 37.7844 39.1955 39.0195 40.5239 41.6783 42.6688 43.3759 43.9209 44.2372 44.3127 44.3222 44.2329 43.8664 43.2738 42.4915 41.4892 40.2981 38.9795 38.9184 37.5222 36.1642 34.8324 33.4960 32.2597 31.4235
31.3709 32.4658 33.7394 35.0651 36.4115 37.7760 39.1946 39.0195 40.5338 41.6965 42.6895 43.3890 43.9316 44.2359 44.3089 44.3214 44.2349 43.8750 43.2877 42.5062 41.5048 40.3087 38.9795 38.9216 37.5193 36.1616 34.8335 33.4968 32.2598 31.4243
31.3713 32.4640 33.7391 35.0665 36.4112 37.7753 39.1920 39.0216 40.5336 41.6960 42.6880 43.3923 43.9322 44.2367 44.3065 44.3180 44.2333 43.8742 43.2853 42.5034 41.5014 40.3043 38.9798 38.9157 37.5104 36.1508 34.8242 33.4972 32.2611 31.4243
31.3701 32.4616 33.7438 35.0782 36.4269 37.7783 39.1883 39.0216 40.5120 41.6581 42.6419 43.3432 43.8829 44.1891 44.2632 44.2751 44.1899 43.8305 43.2378 42.4619 41.4679 40.2830 38.9798 38.9065 37.5106 36.1554 34.8261 33.4928 32.2550 31.4207
31.3733 32.4655 33.7473 35.0823 36.4289 37.7905 39.2015 39.0216 40.5312 41.6821 42.6690 43.3716 43.9112 44.2193 44.2935 44.3020 44.2173 43.8550 43.2662 42.4879 41.4915 40.3053 38.9798 38.9272 37.5289 36.1730 34.8424 33.5058 32.2661 31.4323
31.3712 32.4639 33.7420 35.0721 36.4182 37.7787 39.1929 39.0216 40.5257 41.6799 42.6677 43.3689 43.9077 44.2135 44.2852 44.2959 44.2112 43.8520 43.2642 42.4857 41.4879 40.2986 38.9798 38.9159 37.5150 36.1583 34.8305 33.4987 32.2615 31.4268
31.3705 32.4616 33.7381 35.0617 36.4043 37.7662 39.1867 39.0216 40.5212 41.6702 42.6529 43.3481 43.8791 44.1750 44.2413 44.2512 44.1695 43.8167 43.2375 42.4655 41.4740 40.2941 38.9798 38.9093 37.5056 36.1510 34.8283 33.5036 32.2678 31.4351
0.7 2.3 3.9 10.3 13.9 12.5 6.2 0.0 4.5 9.6 14.7 20.8 28.6 38.5 43.9 44.7 41.7 35.3 26.7 20.2 13.9 4.5 0.0 6.6 9.4 7.3 2.2 -4.9 -6.3 -8.3
0.8 3.4 6.1 16.8 22.1 19.8 7.5 -3.8 1.2 6.0 11.7 21.1 30.1 49.9 56.3 56.7 52.6 43.7 32.9 23.9 14.0 2.0 3.2 5.9 9.6 7.2 0.1 -7.4 -8.7 -10.9
说明：
（1） 点号“Z##”表示位于中央分隔带护栏上的监；
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实例
（2） 表中沉降量：“+”表示下沉，“-”表示上升； （3） “NTX”位于南塔下游塔柱门洞内，“BTS” 位于北塔上游塔柱门洞内，“NTS”位于南塔上游塔柱门洞内（本次未联测）。这三点均为钢箱梁吊装前建立的水准点，原始高程值为：NTX：39.0130m； NTS：38.9441m； BTS：38.9766m。
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 结论
结 论
通过九期的观测，我们看出塔顶的变位较大，但综合考虑九期数据，我们发现，出现变位的原因是因为测量误差造成的，基本可以认定为偶然误差，主要原因是气候变化导致的大气折光及水汽蒸发造成的观测误差，以及温度变化引起的热胀冷缩。无论是索塔还是桥梁线形都有明显的季节性变位。综上所述，我们可以发现目前为止，整个南丰傩乡大桥的“健康状况”良好，在排除地震等不可抗拒因素的情况下，南丰傩乡大桥达到了设计目标。
也通过这次实习，让我知道，箱梁结构的桥梁在稳定性上大于普通型桥梁。而在江中的控制点，也是变形监测的难点。如遇涨潮期间，要重设控制点，在江两岸观测，这也不可避免的带来了一定的误差，就需要进行多次的连续观测，增加了很多工作量。而在变形监测工程中，GPS的应用无疑可以减轻很多工作压力，减少许多工作时间。可是由于经费以及地域原因，我们仍然使用的是地面测量。
而在这次桥梁变形监测中我们发现，桥梁的索塔变形受环境因素影响最大，墩台沉降及位移主要和当地的地质情况以及江水的流速有关。箱梁受温度变化影响大，最大的变化值达到3cm。所以在桥梁建设设计中，我们应综合考虑各项因素，再决定所建桥梁结构及类型。
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 致谢
致 谢
时光如梭，四年，转眼即逝。往事追忆，点滴，心头跃然。
回首这四年来，给与我支持和帮助的人，积万语与一言，默默的从心灵深处感恩。
首先感谢我的父母，我的家人，这么多年来一直给与我的付出和支持，是你们的艰辛和汗水，造就了今天的我，让我能能够一路顺利的走到今天。
再者，我要感谢这几年来授予我知识的老师们，是你们的辛勤付出和不懈努力，让我受益匪浅，学到了那么多的东西。特别感谢我的导师聂运菊老师，在这次的论文工作中，聂老师的细心指导让我深受感触，是她的认真和严格，使我能够顺利完成这次的论文。
最后，我要感谢一直陪伴在我身边的同学朋友们，谢谢你们一直以来对我的关系和帮助，一直以来对我的支持，是你们带给了我丰富的大学生活，陪我走出了失落的低谷。感谢你们一直对我的谅解，未来的路上，不管你们在哪，永远都
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 致谢
是我最真心的朋友。
感谢所有关心和帮助过我的人，并致以最诚挚的祝福！
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 参考文献
参考文献
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